(57)【要約】【課題】  トラップ光による微粒子への光放射圧を確保することで安定的なレーザトラッピングを実施し、その微粒子の回転数計測に対しても、検出光量の確保や検出方法を工夫することで、高精度に実施できるレーザトラップ（ＬＴ）応用計測装置およびその方法を提供する。【解決手段】  少なくとも微小球トラップ用光源から射出する光束１を微小球４に集光する対物レンズ３から構成される微小球トラップ部とトラップされた微小球４の回転数や回転状態を計測評価する回転数計測部とを含むレーザトラップ応用計測装置において、トラップする微粒子４に波長選択性を付与し、その波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源１２と反射率の高い波長の光源１を少なくとも各１つ以上備えている。【選択図】        図１
2005061930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも微小球トラップ用光源から射出する光束を微小球に集光する対物レンズから構成される微小球トラップ部とトラップされた微小球の回転数や回転状態を計測評価する回転数計測部とを含むレーザトラップ応用計測装置であって、
トラップする微粒子に波長選択性を付与し、その波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源と反射率の高い波長の光源を少なくとも各１つ以上備えていることを特徴とするレーザトラップ応用計測装置。
【請求項２】
波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源と反射率の高い波長の光源のどちらか一方で微小球トラップを行い、微小球と試料との距離や前記試料の物性で変化する前記微小球の回転数を前記トラップ用光源とは別の波長の光源を用いて計測することを特徴とするレーザトラップ応用計測方法。
【請求項３】
微小球トラップの光源を波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源とし、回転数計測用の光源を波長選択性に対応して反射率の高い波長の光源とすることを特徴とする請求項１記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項４】
前記微小球トラップが波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源を使用して透過型トラップ法によって行われ、波長選択性に対応して反射率の高い波長の光源を微小球に照射して、その反射光を検出することで前記微小球の回転数を計測することを特徴とする請求項２記載のレーザトラップ応用計測方法。
【請求項５】
トラップする微小球表面全面にダイクロイック膜を付与することを特徴とする請求項１または３記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項６】
前記ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で前記微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより前記微小球の回転数を計測することを特徴とする請求項５記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項７】
トラップする微小球表面の一部にパターンとしてダイクロイック膜を付与することを特徴とする請求項１または３記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項８】
請求項７に記載の前記ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で前記微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより前記微小球の回転数を計測することを特徴とする請求項２記載のレーザトラップ応用計測方法。
【請求項９】
微小球回転検出手段としてパターン線速に対して十分高速な画像取得手段を備えていることを特徴とする請求項７記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項１０】
パターン線速に対して十分高速に前記微小球のパターン画像を取得し、そのパターン位置変化から前記微小球の回転数を計測することを特徴とする請求項９記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項１１】
トラップする微小球の球周に異なる波長対応のダイクロイック膜で形成した線状のパターンを重なることなく複数本配し、微小球回転数計測用に前記ダイクロイック膜の反射特性に対応した異なる波長の光源を備えていることを特徴とする請求項７記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項１２】
波長ごとに前記ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で前記微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより前記微小球の回転数を計測して、線状パターンの回転回数を計測し、その計測結果を比較した後、各波長とも計測値が同じであれば、そのままその結果を回転回数とし、各波長で計測結果に差がある場合は、反射光量の振幅量が所定以上のコントラストを有する側の計測値を回転回数として認識することを特徴とする請求項１１記載のレーザトラップ応用計測装置。
【請求項１３】
トラップする微小球表面にランダムな大きさのダイクロイック膜を複数箇所付与することを特徴とする請求項７記載のレーザトラップ応用計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザトラッピング（光ピンセット）技術を使って微小球を捕捉し、その微小球の回転数から試料の形状や構造・物性を計測・評価するレーザトラッピング（ＬＴ）応用計測装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光線を微小球に集光し、その光放射圧で微粒子を空中捕捉することは従来から知られている（例えば、非特許文献１参照）。
非特許文献１では、レーザ光線を微小球に集光し、その光放射圧で微粒子を空中捕捉する。捕捉された微粒子に側方から試料を近づけると微粒子が光軸を中心とした回転現象を開始し、それにより微粒子と試料の距離によって回転数が比例的に変化するデータが定量的に把握されている。微粒子回転数の計測方法も図として紹介されている。
【非特許文献１】澤木大輔、池野順一、他「レーザ光線による微粒子の操作とその応用に関する研究〜微粒子の回転制御〜」（１９９８年精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集掲載）、豊橋技術科学大学
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術には、微小物を対象とした捕捉技術としてレーザトラッピング技術がある。１９７０年代、アシュキン（Ａｓｈｋｉｎ）らがレーザ光線によって水中の高分子球（φμｍオーダー）を２次元的に捕捉する実験に成功して以来、多くの研究が実施されている。また、３次元的捕捉、大きさが波長以下の極微小物の捕捉、空気中での捕捉等も可能となっている。
図９は、透明微粒子における光放射圧の原理を説明する概略図である。
レーザトラッピングの原理を説明すると、微粒子がトラップ光の波長よりも大きい径を有する場合、図９に示すように、光ａが微粒子に入射するとき、その界面と垂直方向にＦａｔという光放射圧が生じる。
さらに微粒子を通り抜けるさい、界面でＦａ０という光放射圧が生じ、この合力はＦａで表される。光ｂにおいても同様で光放射圧Ｆｂ０が生じる。微粒子全体がトラップ光から受ける力は、Ｆａ、Ｆｂの合力のＦであり、これにより微粒子を捕捉できる。
微粒子がトラップ光の波長よりも小さい径を有する場合の説明としては、光は電磁波なので、開口数の大きな対物レンズを通して集光すると、フォーカスの中心に向かって高勾配に増加する電場が生じる。光路中にある物体には電気双極子が誘起され、電場と相互作用するので、物体にはフォーカスの中心に向かう力が働く。これにより微粒子は捕捉できる。
この原理に基づいて、従来技術として記載した非特許文献１では、ＹＡＧレーザをトラップ光として用いてシリカ微粒子（φ７．５μｍ）を空中で捕捉し、捕捉された微粒子の側方からアルミ箔を近づけ、その回転現象と距離の相関を考察している。
アルミ箔を微粒子に近づけるにつれて、微粒子の回転数が比例的に増大していく。この回転現象を観察することで試料の精密形状を高精度に計測できるというのが本発明にかかわる点である。
【０００４】
図１０は、従来のレーザトラップ（ＬＴ）応用計測装置を示す概略側面図である。従来技術において記載される方法は、微粒子の回転数計測の方法として、図１０に示すように、トラップ光（ＹＡＧレーザ）１の微粒子（微小球）４表面での反射光をトラップ用対物レンズ３と結像レンズ６を介してフォトダイオード（フォトダイオード）７で受光する。
受光した反射光の検出信号をアンプ８で増幅した後、オシロスコープ（ＦＦＴ処理カウンタ）９で周波数解析することにより、回転数を把握している。アンプ８での増幅や周波数解析の詳細については触れられていないが、そもそもトラップ光１であるＹＡＧレーザに対してシリカ微粒子４は高い透過率を持っており、反射光は非常に少ない。
微弱な検出光量を基にした回転数計測では計測精度の面で不具合が大きい。しかし、トラップ光１に対してトラップされる微粒子４の反射光を確保すると、微粒子４を透過する光量が減少してしまい、光放射圧が低下する。これにより、トラップ力が確保できない。また、微粒子４の側面には試料１０が配置されている。
そこで、本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、トラップ光による微粒子への光放射圧を確保することで安定的なレーザトラッピングを実施し、その微粒子の回転数計測に対しても、検出光量の確保や検出方法を工夫することで、高精度に実施できるレーザトラップ（ＬＴ）応用計測装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、少なくとも微小球トラップ用光源から射出する光束を微小球に集光する対物レンズから構成される微小球トラップ部とトラップされた微小球の回転数や回転状態を計測評価する回転数計測部とを含むレーザトラップ応用計測装置において、トラップする微粒子に波長選択性を付与し、その波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源と反射率の高い波長の光源を少なくとも各１つ以上備えているレーザトラップ応用計測装置を最も主要な特徴とする。
請求項１の発明によれば、微小球トラップと回転数計測に要する光量をそれぞれ最適化（最大化）でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項２記載の発明では、波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源と反射率の高い波長の光源のどちらか一方で微小球トラップを行い、微小球と試料との距離や前記試料の物性で変化する前記微小球の回転数を前記トラップ用光源とは別の波長の光源を用いて計測するレーザトラップ応用計測方法を最も主要な特徴とする。
請求項２の発明によれば、微小球トラップと回転数計測に要する光量をそれぞれ最適化（最大化）でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測方法を提供できる。
【０００６】
請求項３記載の発明では、微小球トラップの光源を波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源とし、回転数計測用の光源を波長選択性に対応して反射率の高い波長の光源とする請求項１記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項３の発明によれば、光束透過による微小球への光放射圧を最大化できるとともに、回転数計測部のフォトディテクタ入射光量を最大化でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項４記載の発明では、前記微小球トラップが波長選択性に対応して透過率の高い波長の光源を使用して透過型トラップ法によって行われ、波長選択性に対応して反射率の高い波長の光源を微小球に照射して、その反射光を検出することで前記微小球の回転数を計測する請求項２記載のレーザトラップ応用計測方法を主要な特徴とする。
請求項４の発明によれば、光束透過による微小球への光放射圧を最大化できるとともに、回転数計測部のフォトディテクタへの入射光量を最大化でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測方法を提供できる。
請求項５記載の発明では、トラップする微小球表面全面にダイクロイック膜を付与する請求項１または３記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項５の発明によれば、トラップする微小球表面全面にダイクロイック膜を付与することにより、微小球トラップと回転数計測に要する光量をそれぞれ最適化（最大化）でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
【０００７】
請求項６記載の発明では、前記ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で前記微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより前記微小球の回転数を計測する請求項５記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項６の発明によれば、ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより微小球の回転数を計測することによって、回転数計測部のフォトディテクタ入射光量を最大化できる。
請求項７記載の発明では、トラップする微小球表面の一部にパターンとしてダイクロイック膜を付与する請求項１または３記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項７の発明によれば、トラップする微小球表面の一部にパターンとしてダイクロイック膜を付与することにより、回転数計測部のフォトディテクタでコントラストの高い周期信号が取得可能なＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項８記載の発明では、請求項７に記載の前記ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で前記微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより前記微小球の回転数を計測する請求項２記載のレーザトラップ応用計測方法を主要な特徴とする。
請求項８の発明によれば、パターン状に配されているダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することによって微小球の回転数を計測することにより、回転数計測部のフォトディテクタでコントラストの高い周期信号が取得可能となる。
【０００８】
請求項９記載の発明では、微小球回転検出手段としてパターン線速に対して十分高速な画像取得手段を備えている請求項７記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項９の発明によれば、微小球回転検出手段としてパターン線速に対して十分高速な画像取得手段を具備していることにより、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１０記載の発明では、パターン線速に対して十分高速に前記微小球のパターン画像を取得し、そのパターン位置変化から前記微小球の回転数を計測する請求項９記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項１０の発明によれば、パターン線速に対して十分高速に微小球のパターン画像を取得し、そのパターン位置変化から微小球の回転数を計測することにより、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１１記載の発明では、トラップする微小球の球周に異なる波長対応のダイクロイック膜で形成した線状のパターンを重なることなく複数本配し、微小球回転数計測用に前記ダイクロイック膜の反射特性に対応した異なる波長の光源を備えている請求項７記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項１１の発明によれば、トラップする微小球の球周に異なる波長対応のダイクロイック膜で形成した線状のパターンを重なることなく複数本配し、微小球回転数計測用に前記ダイクロイック膜の反射特性に対応した異なる波長の光源を具備することにより、回転数計測が不能な状態が回避でき、常に安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
【０００９】
請求項１２記載の発明では、波長ごとに前記ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で前記微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより前記微小球の回転数を計測して、線状パターンの回転回数を計測し、その計測結果を比較した後、各波長とも計測値が同じであれば、そのままその結果を回転回数とし、各波長で計測結果に差がある場合は、反射光量の振幅量が所定以上のコントラストを有する側の計測値を回転回数として認識する請求項１１記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項１２の発明によれば、波長ごとに線状パターンの回転回数を計測し、その計測結果を比較した後、各波長とも計測値が同じであれば、そのままその結果を回転回数とし、各波長で計測結果に差がある場合は、反射光量の振幅量が所定以上のコントラストをもつ側の計測値を回転回数として認識することにより、回転数計測が不能な状態が回避でき、常に安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１３記載の発明では、トラップする微小球表面にランダムな大きさのダイクロイック膜を複数箇所付与する請求項７記載のレーザトラップ応用計測装置を主要な特徴とする。
請求項１３の発明によれば、トラップする微小球表面にランダムな大きさのダイクロイック膜を複数箇所付与することにより、周期的なコントラストのついた反射光量が取得可能なＬＴ応用計測装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１によれば、微小球トラップと回転数計測に要する光量をそれぞれ最適化（最大化）でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項２によれば、微小球トラップと回転数計測に要する光量をそれぞれ最適化（最大化）でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測方法を提供できる。
請求項３によれば、光束透過による微小球への光放射圧を最大化できるとともに、回転数計測部のフォトディテクタ入射光量を最大化でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項４によれば、光束透過による微小球への光放射圧を最大化できるとともに、回転数計測部のフォトディテクタへの入射光量を最大化でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測方法を提供できる。
請求項５によれば、トラップする微小球表面全面にダイクロイック膜を付与することにより、微小球トラップと回転数計測に要する光量をそれぞれ最適化（最大化）でき、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項６によれば、ダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することにより微小球の回転数を計測することによって、回転数計測部のフォトディテクタ入射光量を最大化できる。
【００１１】
請求項７によれば、トラップする微小球表面の一部にパターンとしてダイクロイック膜を付与することにより、回転数計測部のフォトディテクタでコントラストの高い周期信号が取得可能なＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項８によれば、パターン状に配されているダイクロイック膜に対して反射率の高い波長の光で微小球を照明し、その反射光をフォトディテクタで受光し、その受光信号をアンプで増幅し、その信号をＦＦＴ処理することによって微小球の回転数を計測することにより、回転数計測部のフォトディテクタでコントラストの高い周期信号が取得可能となる。
請求項９によれば、微小球回転検出手段としてパターン線速に対して十分高速な画像取得手段を具備していることにより、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１０によれば、パターン線速に対して十分高速に微小球のパターン画像を取得し、そのパターン位置変化から微小球の回転数を計測することにより、安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１１によれば、トラップする微小球の球周に異なる波長対応のダイクロイック膜で形成した線状のパターンを重なることなく複数本配し、微小球回転数計測用に前記ダイクロイック膜の反射特性に対応した異なる波長の光源を具備することにより、回転数計測が不能な状態が回避でき、常に安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１２によれば、波長ごとに線状パターンの回転回数を計測し、その計測結果を比較した後、各波長とも計測値が同じであれば、そのままその結果を回転回数とし、各波長で計測結果に差がある場合は、反射光量の振幅量が所定以上のコントラストをもつ側の計測値を回転回数として認識することにより、回転数計測が不能な状態が回避でき、常に安定した微小球トラップと高精度な回転数計測を両立したＬＴ応用計測装置を提供できる。
請求項１３によれば、トラップする微小球表面にランダムな大きさのダイクロイック膜を複数箇所付与することにより、周期的なコントラストのついた反射光量が取得可能なＬＴ応用計測装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明によるＬＴ応用計測装置の実施の形態の構成を説明する概略上面図である。ＬＴ応用計測装置は大きく別けて、微小球トラップ部と微小球の回転数計測部とユニット可動部（試料可動部でも可）からなる。
微小球トラップ部は、透過率の高い波長のトラップ用光源からトラップ光とする光束１を射出し、所定の光学系を用途によって通過させ、その光束１をトラップ用対物レンズ３に入射させ、トラップ用の微小球４に集光することで微小球４をトラップ（捕捉）する。この場合、透過型トラップ法となる。
トラップの原理は前述の通りである。回転数計測部はトラップ用光束１の微小球４表面での反射光２が計測用対物レンズ５と結像レンズ６を透過してフォトディテクタ７に入射するよう配置する。
フォトディテクタ７の検出信号をアンプ８で所望量まで増幅し、ＦＦＴ処理カウンタ９で周波数解析処理を実施して回転数を計測する。ユニット可動部（図示せず）は、上記微小球トラップ部と回転数計測部を一体として試料１０との相対的距離を変化・制御するものである。
逆に、試料１０を可動として微小球４との相対的位置関係を変化させるよう試料可動部を有しても良い。なお、図１において、符号１１はビームスプリッタ、１２は計測用光源である。
【００１３】
基本的な計測動作としては、試料１０の表面形状計測の場合、試料１０と微小球４の距離をミクロンオーダー以下まで図１の方向から近づけ、微小球４を回転させる。このときの回転数を回転数計測部で計測し、ユニット可動部もしくは試料可動部にて試料の計測面方向に相対的位置関係を移動させて、随時回転数を計測する。
距離に応じて回転数が変化することより、試料計測面の形状を計測する。別の方法としては、微小球４の回転数を一定に保つように、ユニット可動部もしくは試料可動部を移動させ、その移動量を計測して形状計測する方法もある。
図１０に示した従来例と異なる点の１つは、微小球４に波長選択性を付与している点である。微小球４それ自体の材料として波長選択性を有する材料を使用することと、ダイクロイック膜を微小球４表面に付与することが考えられる。
微小球４のトラップ光として最もよく使われているＹＡＧレーザ（１０６４ｎｍ）の近赤外光域と可視光域との波長選択性を有する材料が、微小球４それ自体の材料の具体的な例の一つとなる。
【００１４】
図２は、ダイクロイック膜の特性を示す特性図である。図２に示すダイクロイック膜の特性図において、ダイクロイック膜を微小球４表面に付与した場合、近赤外光域ではほぼ透過率１００％であり、この領域のトラップ光に対しては透過による光放射圧をダイクロイック膜の影響なしに受けることができる。逆に可視光域では、ほぼ１００％の反射率となる。
微小球４それ自体の材料として波長選択性を持たせるには、例えばシリコンやセレン化亜鉛を用いることで実現できる。また微小球表面にコーティングするダイクロイック膜としては、設計中心波長λのλ／４の光学的膜厚とした高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層した誘電体多層膜が適用できる。
その積層材料は、高屈折率層材料としては、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５などがあり、低屈折率層材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などが考えられる。
本発明の実施の形態が図１０の従来例と異なるもう１つの点は、回転数計測用の計測用光源１２を有することである。従来例ではトラップ光が微小球表面で反射する微弱な反射光を使用しているのに対して、上記波長選択性の反射率の高い波長域の光源を計測用光源１２として使用する。
図２のダイクロイック膜特性が微小球４に付与されているとすると、トラップ光（光束）１をＹＡＧレーザとし、計測用光源１２に赤色等の可視光レーザを使うことが良いと考えられる。これにより、フォトディテクタ７に入射する反射光が十分確保され、高いＳ／Ｎでの増幅が可能となり、精度の良い回転数計測が実施できる。
また微小球表面にダイクロイック膜を付与する場合、全面ではなく、一部にパターンとして付与することもできる。パターンのある表面では大きな反射光をフォトディテクタ７で取得し、パターンのない表面ではほとんど反射光を取得できず、信号として高いコントラストが得られる。
【００１５】
図３は、図１の本発明によるＬＴ応用計測装置の実施の形態の変形例の構成を説明する概略上面図である。図３では回転数計測部として光学的計測でなく画像計測を使用している。
この変形例では、図１の反射光を受けるフォトディテクタ７以下の部分を、高速度カメラ１３に置き換え、これによって微小球４の回転状態を画像で時系列で取得し、回転数を計測できるので、十分高速な画像取得が達成できる。
図４は、微小球の第１の実施の形態を説明する斜視図である。この図に示した微小球４は線状に付与されたダイクロイック膜１４を有している。図のような回転であれば、計測用光源１２の光束が微小球４表面上の一点鎖線１５上に照射される。
微小球４の回転により、半周に一度、高い反射光量を取得することで回転数を計測する。線状パターンが回転軸に対して大きく傾いた場合でも同様に半周に一度高い反射光量を取得することができる。
図５は、図４の微小球の他の状態を説明する斜視図である。図のように、ダイクロイック膜の線状パターン１４が、計測用光束が照射される線１５上と一致した場合のみ、半周に一度のコントラストが取れなくなってしまう。
【００１６】
図６は、微小球の第２の実施の形態を説明する斜視図である。図６に示したようにトラップする微小球４の球周に異なる波長対応のダイクロイック膜で形成した線状のパターン１６、１７を重なることなく複数本配し、微小球回転数計測用に前記ダイクロイック膜の反射特性に対応した異なる波長の光源を配置する。
図６に示すように、２本の異なるダイクロイック膜パターン（線状）１６、１７の場合、望ましくは２パターンが直交するように付与すると良い。もちろん重ならない限り構成としては可である。
反射光の検出部は、複数波長（今の場合２波長）共有して時分割で使用しても良いし、波長毎に反射光の検出部（フォトディテクタ７、アンプ８、ＦＦＴカウンタ９）を有しＦＦＴ処理を行っても良い。
この反射光の検出部で、各波長に対応したダイクロイックパターンの検出回数を波長毎に前述の要領で計測し、その結果を比較する。図６のように微粒子４が回転した場合、２波長の計測値は同等となり、これを用いて微小球４の回転数を算出すればよい。
【００１７】
図７は、図５と同様な微小球の他の状態を説明する斜視図である。図７に示すように、ダイクロイック膜の線状パターン１６、１７のどちらか一方が、計測用光束が照射される線１５上と一致した場合のみ、図５の場合と同じように半周に一度のコントラストが取れなくなってしまい、２波長の計測値は異なってしまう。
ダイクロイック膜の線状パターン１６、１７が、計測用光束が照射される線１５上と一致した波長の計測値は、反射光量がほぼ一様であることから、コントラストからくる検出信号振幅が小さくなることが予測される。この２波長の計測値が異なった場合は、振幅量が所定以上のコントラストをもつ側の計測値を正しい微小球４の回転数とする。
図８は、微小球の第３の実施の形態を説明する斜視図である。図８に示す微小球４のように、トラップする微小球表面にランダムな大きさのダイクロイック膜１８を複数箇所付与することにより、反射光量に周期的なコントラストを付け、図１のようなＬＴ応用計測装置で回転数の高精度な計測が可能となる。
図４〜８で示すようなパターンとしてのダイクロイック膜があれば、そのパターンの動的情報から、高精度な回転数計測を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明によるＬＴ応用計測装置の実施の形態の構成を説明する概略上面図。
【図２】ダイクロイック膜の特性を示す特性図。
【図３】図１の本発明によるＬＴ応用計測装置の実施の形態の変形例の構成を説明する概略上面図。
【図４】図１の微小球の第１の実施の形態を説明する斜視図。
【図５】図４の微小球の他の状態を説明する斜視図。
【図６】図１の微小球の第２の実施の形態を説明する斜視図。
【図７】図５と同様な微小球の他の状態を説明する斜視図。
【図８】図１の微小球の第３の実施の形態を説明する斜視図。
【図９】透明微粒子における光放射圧の原理を説明する概略図。
【図１０】従来のレーザトラップ（ＬＴ）応用計測装置を示す概略側面図。
【符号の説明】
【００１９】
１  トラップ光束（光源、ＹＡＧレーザ）
２  反射光
３  トラップ用対物レンズ
４  微小球（微粒子）
７  フォトディテクタ
８  アンプ
９  ＦＦＴ処理カウンタ
１０  試料
１２  計測用光源（反射率の高い波長域の光源）
１３  高速度カメラ（画像取得源）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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